CN114221593B - 一种永磁同步电机无速度传感器控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机无速度传感器控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114221593B
CN114221593B CN202111663592.1A CN202111663592A CN114221593B CN 114221593 B CN114221593 B CN 114221593B CN 202111663592 A CN202111663592 A CN 202111663592A CN 114221593 B CN114221593 B CN 114221593B
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
control method
speed
coordinate system
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111663592.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114221593A (zh
Inventor
孙海晶
李鹏
田杰
李锐
吴浩伟
孙朝晖
姜波
吴钫
金翔
蔡凯
蔡久青
陈晶
胡德旺
汪文涛
孔祥伟
李小谦
欧阳晖
李可维
周樑
邢贺鹏
金惠峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
719th Research Institute of CSIC
Original Assignee
719th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 719th Research Institute of CSIC filed Critical 719th Research Institute of CSIC
Priority to CN202111663592.1A priority Critical patent/CN114221593B/zh
Publication of CN114221593A publication Critical patent/CN114221593A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114221593B publication Critical patent/CN114221593B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明提供了一种永磁同步电机无速度传感器的控制方法，包括低速控制方法，中高速控制方法和低速控制转中高速控制的切换方法；低速控制方法用于电机启动至低速运行的阶段，中高速控制方法用于电机运行至中高速的阶段，低速控制转中高速控制的切换方法用于在7.5Hz切换点前后由低速控制方法平滑切换至中高速控制方法，使得电机在全频段范围内有更为平滑的调速过程。本发明提供的控制方法使滑模观测器在转速变化的情况下仍保持一致的收敛特性。

Description

一种永磁同步电机无速度传感器控制方法
技术领域
本发明涉及电机参数调整技术领域，特别涉及一种永磁同步电机无速度传感器控制方法。
背景技术
随着船舶动力系统的发展，永磁同步电机在船舶电力拖动领域中的使用日益广泛。受制于安装环境条件等因素的限制，旋转编码器及光电编码器等速度测量装置的安装难度较大，因此舰船用永磁同步电机多采用无速度传感器的控制方式。在低频段一般使用速度开环的I/f控制方法，在中高频段一般使用基于滑模观测器的矢量定向控制方法。在低频段至中高频段的切换前后，两种控制方法的不同导致电机的驱动电压产生突变，电机出现抖动、卡转等现象。
发明内容
本发明提出一种使得切换前后电机的控制参数实现平滑地切换，从而避免两种控制方式切换导致的电机抖动的永磁同步电机无速度传感器控制方法。
本发明旨在提供一种永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机无速度传感器控制方法包括低速控制方法，中高速控制方法和低速控制转中高速控制的切换方法；
所述低速控制方法用于电机启动至低速运行的阶段，包括以下步骤：
步骤1.1预设电机电流指令值以及初始角度值；
步骤1.2将电机的目标转速进行时间积分，再加上初始角度值，得到当前角度值，使用当前角度值生成坐标系；
步骤1.3将预设的电机电流指令值与采样的电机电流值相减得到的差值进行闭环控制运算，获得在当前生成的坐标系下的电机控制电压；
步骤1.4将PI运算得到的结果在生成的坐标系下进行反park变换计算，计算结果作为电机的实际控制电压；
所述中高速控制方法用于电机运行至中高速的阶段，所述中高速运行阶段为7.5Hz至50Hz；包括以下步骤：
步骤2.1电机控制目标转速与观测转速的差值进行PI运算，得到的结果作为计算电机电流指令值；
步骤2.2计算指令电机电流值与采样电机电流指令相减得到的差值进行PI运算；
步骤2.3PI运算得到的结果在观测坐标系下进行反park变换计算，计算结果作为电机的控制电压；
所述低速控制转中高速控制的切换方法用于在7.5Hz切换点前后由所述低速控制方法平滑切换至所述中高速控制方法，包括以下步骤：
步骤3.1将低速控制方法生成的控制电压在滑模观测坐标系下进行反park变换计算，计算得到的结果作为切换后第一个控制周期的电机电压控制指令；
步骤3.2将低速控制方法的预设电机电流指令值在生成的坐标系下进行park反变换计算；
步骤3.3将步骤3.2得到的结果在观测坐标系下进行park正变换，得到预设指令电机电流值在观测坐标系下的d轴分量和q轴分量；
步骤3.4将步骤3.3得到的d轴分量作为切换后的d轴计算指令电机电流值，并使其在1秒内衰减到零；步骤3.3得到的q轴分量作为切换后的q轴计算指令电机电流值。
更进一步地，在步骤2.3中，所述观测坐标系由滑模观测器进行角度观测并通过以下步骤获取：
步骤2.31选取滑模观测器的第一参数k，根据当前的电机观测速度，计算滑模观测器第二参数m，使第二参数m与第一参数k成正比；
步骤2.32通过传感器采样得到的电机电流，将电流进行clark变换，得到当前的两相静止坐标系下的电机的电流和电压；
步骤2.33根据第二参数m，第一参数k以及两相静止坐标系下的电机的电流和电压，通过滑模观测器状态方程计算出两相静止坐标系下的扩展反电动势，并将所有状态变量进行更新；
步骤2.34将所述扩展反电动势和/>输入位置跟踪器进行计算，得到电机观测转速，对观测转速积分得到电机观测角度，将该观测角度带入全阶滑模观测器的状态空间方程，并重复步骤2.33进行计算迭代，最终电机观测转速和角度将收敛到实际转速和角度。
更进一步地，在步骤2.31中，所述第一参数k必须大于0.5倍扩展反电动势的最大值，即：
其中，eα和eβ分别表示电机在两相静止坐标系下的扩展反电动势。
更进一步地，在步骤2.34中，所述位置跟踪器模型为：
其中，表示电机观测转速，Kp和Ki表示位置跟踪器的系数，/>和/>表示两相静止坐标系下的扩展反电动势。
本发明达到的有益效果是：
本发明提供的I/f控制转到矢量控制的切换方法使得电机在全频段范围内有更为平滑的调速过程。
本发明提供的控制方法在参数优化设计通过对全阶滑模观测器的状态空间方程中的第一参数m和第二参数k的取值进行优化，保证了滑模观测器在全转速范围内一致的收敛特性。而在现有技术中，变频器的m、k是固定的，这导致滑模观测器的收敛特性会随着电机转速的变化而变化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种永磁同步电机无速度传感器控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行更详细的说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
如附图1所示，本发明提供了一种永磁同步电机无速度传感器控制方法，该永磁同步电机无速度传感器控制方法包括永磁同步电机的低速控制方法，中高速控制方法和低速控制转中高速控制的切换方法。
在电机启动至低速运行的阶段，控制方法包括以下步骤：
步骤1.1预设电机电流指令值以及初始角度值。
步骤1.2将电机的目标转速进行时间积分，再加上初始角度值，得到当前角度值。使用当前角度值生成坐标系。
步骤1.3将预设的电机电流指令值与采样的电机电流值相减得到的差值进行闭环控制运算，获得在当前生成的坐标系下的电机控制电压。
步骤1.4将PI运算得到的结果在生成的坐标系下进行park反变换计算，计算结果作为电机的实际控制电压。
优选地，低速运行阶段的范围定义为0至7.5Hz。预设电流值为5A，预设角度为0度。
在电机运行至中高速的阶段，控制方法包括以下步骤：
步骤2.1电机控制目标转速与观测转速的差值进行PI运算，得到的结果作为计算电机电流指令值。
步骤2.2计算指令电机电流值与采样电机电流指令相减得到的差值进行PI运算。
步骤2.3PI运算得到的结果在观测坐标系下进行park反变换计算，计算结果作为电机的控制电压。优选地，中高速运行阶段的范围定义为7.5Hz至50Hz。
滑模观测器进行角度观测并得到观测坐标系的步骤如下：
步骤2.31选取滑模观测器的第一参数k，为了保证滑模观测器的收敛性，第一参数k必须大于0.5倍扩展反电动势的最大值，即
其中，eα和eβ为电机在两相静止坐标系下的扩展反电动势。
优选地，k取300。
根据当前的电机观测速度，计算滑模观测器第二参数m，使第二参数m与第一参数k成正比，比例系数取电机d轴电感与电机转速的乘积。
步骤2.32通过传感器采样得到的电机电流，将电流进行clark变换，得到当前的两相静止坐标系下的电机的电流和电压。
步骤2.33根据计算得到的第二参数m、第一参数k以及步骤2.1中的两相静止坐标系下的电机的电流和电压，带入到下面的滑模观测器状态方程，计算出两相静止坐标系下的扩展反电动势，并将所有状态变量进行更新。
其中，和/>表示两相静止坐标系下的观测电流，/>和/>表示两相静止坐标系下的扩展反电动势，R表示电机电阻，Ld表示电机d轴电感，Lq表示电机q轴电感，/>表示电机观测转速，uα和uβ表示两相静止坐标系下的电机控制电压，iα和iβ表示两相静止坐标系下的电机电流。
步骤2.34将得到的扩展反电动势和/>输入下式所示的位置跟踪器进行计算，得到电机观测转速，对观测转速积分得到电机观测角度。将该观测角度带入全阶滑模观测器的状态空间方程，并重复步骤2.33进行计算迭代，最终电机观测转速和角度将收敛到实际转速和角度。
其中，表示电机观测转速，Kp和Ki表示位置跟踪器的系数，/>和/>表示两相静止坐标系下的扩展反电动势。
通过所述滑模观测器计算得到观测转速和观测角度，并通过观测角度建立观测坐标系。
在一种实施方式中，对滑模观测器进行进一步分析，当电机电流观测值收敛至实际值，扩展反电动势误差的动态方程化为标准二阶形式，自然频率和阻尼比分别表示为：
其中，Ld表示电机d轴电感，表示电机观测转速。
本实施方式中设计滑模观测器的阻尼比为0.707。则可以得到
本实施方式让滑模观测器的参数m、k随电机转速自适应地变化，始终保持m与k的比值等于电机d轴电感与电机转速的乘积，保证了滑模观测器在全转速范围内一致的收敛特性。
低速控制转中高速控制的切换方法，控制方法包括以下步骤：
步骤3.1将低速控制方法生成的控制电压在滑模观测坐标系下进行反park变换计算，计算得到的结果作为切换后第一个控制周期的电机电压控制指令。
步骤3.2将低速控制方法的预设电机电流指令值在生成的坐标系下进行park反变换计算。
步骤3.3将步骤3.2得到的结果在观测坐标系下进行park正变换，得到预设指令电机电流值在观测坐标系下的d轴分量和q轴分量。
步骤3.4将步骤3.3得到的d轴分量作为切换后的d轴计算指令电机电流值，并使其在1秒内衰减到零；步骤3.3得到的q轴分量作为切换后的q轴计算指令电机电流值。
通过上述步骤，切换前后的预设指令电机电流值继承到计算指令电机电流值，电机电压控制指令也不会发生瞬间的突变，使切换过程平滑，不会引起电机的抖动。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
所述clark变换的公式为：
所述park正变换的公式为：
所述park反变换的公式为：
所述PI计算的公式为：
Iref＝Kp(Vref-Vest)+Ki∫(Vref-Vest)
其中，Vref和Vest为电机的指令转速和观测转速，Iref为电机的指令电流。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机无速度传感器控制方法包括低速控制方法、中高速控制方法和低速控制转中高速控制的切换方法；
所述低速控制方法用于电机启动至低速运行的阶段，包括以下步骤：
步骤1.1预设电机电流指令值以及初始角度值；
步骤1.2将电机的目标转速进行时间积分，再加上初始角度值，得到当前角度值，使用当前角度值生成坐标系；
步骤1.3将预设的电机电流指令值与采样的电机电流值相减得到的差值进行闭环控制运算，获得在当前生成的坐标系下的电机控制电压；
步骤1.4将PI运算得到的结果在生成的坐标系下进行反park变换计算，计算结果作为电机的实际控制电压；
所述中高速控制方法用于电机运行至中高速的阶段，所述中高速运行阶段为7.5Hz至50Hz；包括以下步骤：
步骤2.1电机控制目标转速与观测转速的差值进行PI运算，得到的结果作为计算电机电流指令值；
步骤2.2计算指令电机电流值与采样电机电流指令相减得到的差值进行PI运算；
步骤2.3PI运算得到的结果在观测坐标系下进行反park变换计算，计算结果作为电机的控制电压；
所述低速控制转中高速控制的切换方法用于在7.5Hz切换点前后由所述低速控制方法平滑切换至所述中高速控制方法，包括以下步骤：
步骤3.1将低速控制方法生成的控制电压在滑模观测坐标系下进行反park变换计算，计算得到的结果作为切换后第一个控制周期的电机电压控制指令；
步骤3.2将低速控制方法的预设电机电流指令值在生成的坐标系下进行park反变换计算；
步骤3.3将步骤3.2得到的结果在观测坐标系下进行park正变换，得到预设指令电机电流值在观测坐标系下的d轴分量和q轴分量；
步骤3.4将步骤3.3得到的d轴分量作为切换后的d轴计算指令电机电流值，并使其在1秒内衰减到零；步骤3.3得到的q轴分量作为切换后的q轴计算指令电机电流值。
2.根据权利要求1所述永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，在步骤2.3中，所述观测坐标系由滑模观测器进行角度观测并通过以下步骤获取：
步骤2.31选取滑模观测器的第一参数k，根据当前的电机观测速度，计算滑模观测器第二参数m，使第二参数m与第一参数k成正比；
步骤2.32通过传感器采样得到的电机电流，将电流进行clark变换，得到当前的两相静止坐标系下的电机的电流和电压；
步骤2.33根据第二参数m，第一参数k以及两相静止坐标系下的电机的电流和电压，通过滑模观测器状态方程计算出两相静止坐标系下的扩展反电动势，并将所有状态变量进行更新；
步骤2.34将所述扩展反电动势和/>输入位置跟踪器进行计算，得到电机观测转速，对观测转速积分得到电机观测角度，将该观测角度带入全阶滑模观测器的状态空间方程，并重复步骤2.33进行计算迭代，最终电机观测转速和角度将收敛到实际转速和角度。
3.根据权利要求2所述永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，在步骤2.31中，所述第一参数k必须大于0.5倍扩展反电动势的最大值，即：
其中，eα和eβ分别表示电机在两相静止坐标系下的扩展反电动势。
4.根据权利要求2所述永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，在步骤2.34中，所述位置跟踪器模型为：
其中，表示电机观测转速，Kp和Ki表示位置跟踪器的系数，/>和/>表示两相静止坐标系下的扩展反电动势。
CN202111663592.1A 2021-12-31 2021-12-31 一种永磁同步电机无速度传感器控制方法 Active CN114221593B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111663592.1A CN114221593B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种永磁同步电机无速度传感器控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111663592.1A CN114221593B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种永磁同步电机无速度传感器控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114221593A CN114221593A (zh) 2022-03-22
CN114221593B true CN114221593B (zh) 2023-08-08

Family

ID=80707318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111663592.1A Active CN114221593B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种永磁同步电机无速度传感器控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114221593B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103532464A (zh) * 2013-10-28 2014-01-22 东南大学 永磁同步电机的无传感器矢量控制系统和控制方法
CN111224595A (zh) * 2020-02-25 2020-06-02 珠海格力电器股份有限公司 提升安全性的电机控制方法、装置、压缩机及空调
WO2021203589A1 (zh) * 2020-04-08 2021-10-14 西安热工研究院有限公司 基于滑模观测器的永磁直流电机换相控制装置及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103532464A (zh) * 2013-10-28 2014-01-22 东南大学 永磁同步电机的无传感器矢量控制系统和控制方法
CN111224595A (zh) * 2020-02-25 2020-06-02 珠海格力电器股份有限公司 提升安全性的电机控制方法、装置、压缩机及空调
WO2021203589A1 (zh) * 2020-04-08 2021-10-14 西安热工研究院有限公司 基于滑模观测器的永磁直流电机换相控制装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PMSM无位置传感器启动策略及速度闭环控制研究;刘志宏;伍嘉伟;;变频器世界(第08期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114221593A (zh) 2022-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110224648B (zh) 永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法及系统
Ren et al. Direct torque control of permanent-magnet synchronous machine drives with a simple duty ratio regulator
CN107317532B (zh) 基于滑模的永磁同步电机预测电流控制方法和系统
CN106655938B (zh) 基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统及控制方法
CN107994826A (zh) 一种基于误差加权的全阶观测器无速度传感器控制系统
CN110995095B (zh) 无位置传感器的永磁同步电机控制方法及汽车动力系统
CN106788049B (zh) 基于级联滑模观测器的无速度传感器转矩控制系统及方法
CN111342719B (zh) 一种无速度传感器驱动的异步电机控制方法
CN111193448B (zh) 基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机负载转矩观测方法
CN110061671B (zh) 一种基于变速趋近率的永磁同步电机控制方法及控制系统
CN110429891B (zh) 一种无位置传感器永磁电机直驱发电控制方法
CN111181458A (zh) 基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机转子磁链观测方法
CN114679095A (zh) 基于扰动补偿的永磁电机有限集模型预测电流控制方法
WO2023051688A1 (zh) 抑制车辆低速抖动的谐波电流注入方法、装置和计算机可读存储介质
CN110912485A (zh) 一种考虑铁损电阻的永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN111162710A (zh) 一种永磁轮毂电机转矩脉动抑制方法
CN112671302A (zh) 一种永磁同步电机的无速度传感器控制方法及系统
CN114221584B (zh) 一种无速度传感器控制的永磁同步电机
CN113890438A (zh) 一种基于内置式永磁同步电机的无速度传感器控制方法
CN114221593B (zh) 一种永磁同步电机无速度传感器控制方法
CN113364371A (zh) 一种无刷直流电机转矩脉动抑制方法
CN112671284A (zh) 一种永磁同步电机、控制方法、控制器及存储介质
CN117277878A (zh) 一种基于相角补偿的电机带载启动控制方法
CN114465543B (zh) 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN109194216A (zh) 一种开关磁阻电机直接转矩模糊pi控制系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant